[发明专利]气体电池镍钴硫正极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种气体电池镍钴硫正极及其制备方法和应用；通过简单的两步水热法，在亲水处理后的碳布上原位生成Nisubgt;2/subgt;CoSsubgt;4/subgt;。本发明利用双金属硫化物的协同作用提高催化性能，同时由于单一金属元素的价键变化幅度减小，材料的循环稳定性有所提高，使得Li‑Osubgt;2/subgt;和Li‑COsubgt;2/subgt;电池表现出优异的电化学性能。

技术领域

本发明涉及气体电池技术领域，具体涉及一种气体电池镍钴硫正极及其制备方法和应用。

背景技术

随着全球经济和科技水平持续发展，人类对能源的需求和消耗日益增加，探索和寻找新型能源材料，开发新能源是人类的重要难题之一。由于二氧化碳排放量的增加和温室效应，寻找和开发循环利用二氧化碳的新方法也被视为关键。

以锂金属作为负极、CO₂或O2为正极的锂-气体(Li-O_2/CO₂)电池受到大量的关注，其能够实现CO₂可逆的利用转化和能量储存。Li-O_2/CO₂电池因其高放电电压(～2.8V)和基于Li-O_2/CO₂系统的理论高能量密度1876Wh kg^-1而脱颖而出，但遗憾的是，Li-O_2/CO₂电池的充放电可逆性和循环性能较差，严重阻碍了其进一步应用。副产物Li₂CO₃作为绝缘体，使得Li-O_2/CO₂电池(4Li⁺+3CO₂+4e^–→2Li₂CO₃+C，E_θ＝2.80V vs.Li/Li⁺)的正极表面钝化，因此需要在充电过程中提供高分解电压，但高电位会导致电解液严重分解，从而降低电池的电化学性能和循环的可逆性。因此，提高Li-O_2/CO₂电池性能的关键是开发高效的正极催化剂，以降低充电电位，促进放电产物的可逆生成和分解。

发明内容

本发明的目的是提供一种气体电池镍钴硫正极及其制备方法和应用，提升气体电池的电化学性能。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案：

本发明公开了一种气体电池镍钴硫正极的制备方法，包括以下步骤：

(1)先将碳布热处理，然后洗涤、烘干，得到亲水处理后的碳布；

(2)将氯化镍六水合物、氯化钴六水合物和尿素加入到水中，搅拌形成均相溶液；

(3)将步骤(2)得到的溶液转移到反应釜中，并放入步骤(1)得到的碳布，高温蒸汽密封反应；反应后冷却到室温，得到的材料洗涤、烘干，得到碳酰基镍钴前驱体；

(4)将九水合硫化钠加入到水中，搅拌形成均相溶液；

(5)将步骤(4)得到的溶液转移到反应釜中，并放入步骤(3)得到的碳酰基镍钴前驱体，高温蒸汽密封反应；反应后冷却到室温，得到的材料洗涤、烘干，得到镍钴硫正极。

作为优选的技术方案，所述步骤(1)中，先将碳布600℃热处理120分钟，然后用乙醇和水分别进行超声洗涤30分钟，再烘干，得到亲水处理后的碳布。

作为优选的技术方案，所述步骤(2)中，氯化镍六水合物、氯化钴六水合物和尿素的摩尔比为2:4:7.2。

作为优选的技术方案，所述步骤(3)中，高温蒸汽密封的温度保持在120℃，时间持续8h。

作为优选的技术方案，所述步骤(4)中，九水合硫化钠与氯化镍六水合物的摩尔比为0.5:2。